Integrierte Technologie Roadmaps: Handlungsrahmen für eine nachhaltige Zukunft des ZVEI

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1 Integrierte Technologie Roadmaps: Handlungsrahmen für eine nachhaltige Zukunft Das Beispiel: Roadmap Automation des ZVEI Dr. Siegfried Behrendt Arbeitstreffen des DGCN Berlin,

2 Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung Das IZT ist ein unabhängiges und gemeinnütziges Forschungsinstitut und berät Unternehmen, Verbände und Politik. Technologiefrüherkennung Zukunftsmärkte Stakeholderintegration Nachhaltigkeitsbewertung

3 Technisch ist nahezu alles machbar Living Health GPS Mobility Home Area Network: Implantate Work Traffic Network Body Area Network MAN WAN Media Smart label Wearables Office Area Network I-wear Store Area Network Aber was ist nachhaltig?

4 Megatrends: Wegweiser für Zukunftsmärkte Wachsende Weltbevölkerung Urbanisierung Global wachsender Konsum Umweltbelastung Klimawandel Wasserbedarf und verknappung Rohstoffverknappung Mobilität

5 Nachhaltige Zukunftsmärkte? IZT

6 Roadmapping in Unternehmen Quelle: Laube 2007, IPA Fhg

7 Besonderheiten des Roadmappings Systematische Bündelung von Entwicklungspfaden durch Abstimmung verschiedener Erwartungen Darstellung des Standes ausgewählter Produkte/Technologien in einem Innovationskontext Instrumentenmix: darunter Trendanalyse, Szenario- Technik, Delphi, Dialoge etc. Identifikation konkreter Anforderungen, Handlungsoptionen, Erarbeitung abgestimmter Meilensteine und Maßnahmen Visualisierung in einem zweidimensionalen Suchraum ( Straßenkarte, Fahrplan ) 7

8 Roadmapping: Der Grundansatz Roadmapping ist ein strategischer Orientierungsprozess für Innovationsakteure dient der Früherkennung und der langfristigen Planung in einem definierten Produkt-, Technologieoder Themenfeld mündet in eine Landkarte oder Fahrplan für die Zukunft (Roadmap). 8

9 Roadmapping: Typen National/ branchenübergreifend Mittelfristig Jahre Mittelfristig 5-10 Jahre Anwendungsgebiet Industrie Unternehmen/ Organisation Forschungspolitische Roadmaps Branchen- Roadmaps Problemorientiertes Roadmapping Langfristig bis zu 20 Jahren Kurzfristig bis zu 5 Jahren Unternehmensspezifische Roadmaps Produkt/ Projekt Forschung Technologieentwicklung Administration Bezugsobjekte / Ziele 9

10 Integrierte Roadmap: Automation

11 Das Projekt Projektteilnehmer Auftraggeber Steuerungsgruppe Erarbeitung der Roadmap 11

12 Das Projekt Was sind die Schwerpunkte? Zukunftsmärkte Hohes Entwicklungspotenzial Marktdynamik Unsicherheiten Wasser Meerwasserentsalzung Trinkwasser aus Abwasser Arzneimittelrückstände Risikomanagement Kanalnetzbewirtschaftung Schlammbehandlung/-nutzung Energie Regenerative Kraftwerke Smart Grids Bioraffinerien CCS Wasserstoffspeicher Megacities Shanghai Abu Dhabi und Dubai 12

13 Der Dialogprozess: Einbindung unterschiedlicher Akteursperspektiven Schritt 1 Schritt 2 Schritt 3 Schritt 4 Trendanalyse Interviews Workshops Roadmap Erwartete Zukunftstrends -Megatrends -Energie- /Wasserwirtschaft -Märkte -Politik -Gesellschaft Qualitative Befragung -Treiber -Hemmnisse -Automatisierungsbedarfe Workshops mit -Experten -Herstellern -Anwendern -Stakeholdern Basisstudien Roadmap: -Schlüsseltechnologien -Zukunftsmärkte -Wildcards -Empfehlungen Über 200 Experten, Hersteller und Anwender aus der Energie- bzw. Wasserwirtschaft Zehn moderierte Workshops 40 Experteninterviews Delegationsreisen nach Shanghai und Abu Dhabi / Dubai 13

14 Übersetzung von Trends in Technologiebedarfe, F+E, Standardisierungsaufgaben Zukunftstrends Automatisierungsbedarfe Technologien Steigende Energiekosten Höhere Energieeffizienz Klärschlammaufkommen Einschränkung der Klärschlammentsorgung Biogasgewinnung Co-Fermentation Abwasser als Ressource für Energie Energieautarke Kläranlage Charakterisierung der Biogasprozesse Schnelle Analytik Prozessstabilität Effizienzsteigerung (Durchsatz/ Biogasproduktivität) Messsysteme für Anaerobreaktoren (ph, H 2 -Partialdruck, Messung im feuchten Biogas, Biogasanalyse, Enzymaktivitäten...) Online-Analytik Intelligente Prozessteuerung Robuste AT Simulationsmodelle 14

15 Definition von Entwicklungszielen Beispiel:Bioraffinerien Qualitätsanalyse Eingangsstoffe Zwischen- und Endprodukte Prozessoptimierung Echtzeiterfassung von Prozessmessgrößen Warenkette Visualisierung prozessrelevanter Größen Modellbasierte Prozesskontrolle Grundvoraussetzung für die Prozessoptimierung Hohe Bedeutung für integrierte Bioraffinerien mit gekoppelten Verfahren Professionalisierung der Logistikkette vom Landwirt zur Bioraffinerie Voraussetzung für die automatisierte Prozesskontrolle Vorstufe zur modellbasierten Prozesskontrolle Vision: automatisierte Anpassung von Ist- an Soll-Werte Option Multi-Feed Hoher Entwicklungsbedarf Voraussetzung sind verfahrenstechnische Entwicklungen kurzfristig Entwicklungshorizont langfristig 15

16 Einordnen in Zeithorizonte Schlüsseltechnologien Automation Software und Modellierung Vernetzung und Kommunikation Drahtlose Sensornetze Vollständige vertikale Integration Assistenzsysteme Simulationssysteme Virtueller Verkehr Steuerungs- und Managementebene Sensorik Lab on a chip Sensoren für Mikroorganismen Kooperierende Robotersysteme Sensoren für Prozessparameter (inline und online) Offene Standards Sensoren für Bildverarbeitung MES Offene Softwarearchitektur Virtuelles Kraftwerk EDV für proaktive Ideal-/Realsteuerung Autom. Meldeverdichtung Assetmanagement Industrial RFID Ethernet Sensoren für Assetmanag. Soft- Sensors Virtuelle Fabrik Interaktion Mensch-Roboter Intuitive/angepasste Benutzeroberflächen Fernauslesbare Verbrauchszähler Mensch- Maschine- Schnittstelle

17 Bewertung und Aufzeigen von Zukunftsmärkten Marktrelevanz für Automatisierungstechnologien niedrig mittel hoch Smart Grids Wind Biogas Biotreibstoffe Wasserstoff Solarthermische Kraftwerke Bioraffinerien CCS Photovoltaik Geothermie 17

18 Backcasting und Identifikation von Red brick walls Vision Pull: Hohe Qualitätsanforderungen Vom Acker bis zur Theke, Null- Fehler-Produktion Einsatz spektroskopischer Messverfahren Lab on a Chip Sensoren für das Asset Management Sensoren für die Inline Qualitätssicherung Sensoren für Mikroorganismen Sensoren für die Reinigungsoptimierung Drahtlose Sensornetze Legende: Mittelwert und Spannbreite der Einschätzungen 18

19 Wild Cards Das Unwahrscheinliche denken...es kommt zu Banken- und Staatsbankrotten die private Nachfrage geht zurück...unregierbare Cities (soziale Konflikte, Unruhen, Terrorismus der globale Handel wird gestört (z.b. Währungen, Spekulationen) autoritäre Regime treten auf es mangelt an Fachkräften die Öl- und Rohstoffpreise steigen kräftig an und sind volatil

20 Ergebnisse zielgruppenorientiert und aktiv transferieren Innovationsprozess Generierung Entwicklung Umsetzung Diffusion Strategieprozesse Entwicklerseminare Marketing Inhouse-Workshops mit Geschäftsführung und Funktionsbereichen Visionsworkshops ZVEI Automationscolloquium ZVEI Jahresversammlung 20

21 Leistungsfähigkeit Früherkennung von Chancen und Risiken: Suchfeld wird auf gesellschaftliche Herausforderungen ausgerichtet Indentifizierung von Technologie-, Standardisierungs-, Forschungsbedarfen...: Übersetzung von Trends in Technologiebedarfe ( Nutzungskontexte ) Einbindung unterschiedlicher Akteursperspektiven: gezielte Einbindung von Experten, Kunden und Anwendern, Entscheidungsträgern Nebenfolgen: Einbindung der Frage nach Nebenfolgen, Risiken und Wild Cards Branchenverband als Plattform: Einbindung, Sensibilisierung und Aktivierung von Unternehmen und Management, Multiplikatorfunktion 21

22 Leitfaden 22

23 Kontakt Dr. Siegfried Behrendt Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung Schopenhauerstr. 26 / Berlin

24 Integriertes Roadmapping: Roadmap Automation des ZVEI aus Sicht der Industrie Dr. Gerd Ulrich Spohr Arbeitstreffen des DGCN Berlin,

25 Das Projekt

26 Urban Technologies: Zukunftsmärkte Projected cumulative infrastructure spending Nordamerika Europa Asien/Ozeanien Mittel-/Südamerika Afrika Naher Osten Wasser 22 Tril. $ Energie 9 Tril. $ Straße und Schiene 7,8Tril. $ Luft- und Seefahrt und Schiene 1,59Tril. $ Quelle: Morgan Stanley 2009 (based on Booz, Allen, Hamilton, Global infrastructure partners, WEO, OECD)

27 Zukunftsmärkte für Automation: unterschiedliche Marktrelevanz für die AT Marktrelevanz für Automatisierungstechnologien niedrig mittel hoch Smart Grids Wind Biogas Biotreibstoffe Wasserstoff Solarthermische Kraftwerke Bioraffinerien CCS Photovoltaik Geothermie

28 Zukunftsmärkte Regenerative Kraftwerke Zukunftstrends Klimaschutz Strategische Versorgungssicherheit Steigender Anteil erneuerbarer und dezentraler Energien (EU: 20% bis 2020) Steigender Stromanteil am Endenergieverbrauch Automatisierungsbedarfe Anlagensteuerung Hohe dynamische Regelbarkeit Beitrag zur Netzstabilität Verbesserte kurz- und langfristige Wetterprognosen Plug & Play Lösungen Wartung und Fernanalyse Condition Monitoring Vorausschauende Diagnose Technologien Leistungsfähigere DCS Bidirektionale Kommunikationstechnologien Intelligente Sensorik und Aktorik für: - Betriebs- und Prozessparameter - Sonnen-Tracking - Nachführung von Spiegeln Sensorik zur Komponentenüberwachung Sensorik Ölqualität Zustandsüberwachungssysteme Expertensystem

29 Zukunftsmärkte Regenerative Kraftwerke: Beispiel Offshore Wind 5 MW Anlage Anlagenentwicklung Neue Materialien Verankerung >30m Generatorentwicklung Konventionelle Netzintegration HGÜ Windparkmanagement Horizontalachsen Bauteilanpassung an klimatische Bedingungen Netze/Speicher Hybride/virtuelle Systeme Nachfrageseitige Steuerung Intelligente Rotorblätter Multiparameter Kontrollstrategien Speichertechnologien 10 MW Anlage Downwind Anlagen einfache Anlagen Super Grids Wasserstoff Bidirektionale Kommunikation Simulationstools Windparks Prognose- und Designtools Energieerzeugung (6-48 h) Präventive (Fern-) Überwachung Anlagensteuerung/Betrieb Onshore Leitwarte Automatisierte Betriebsführung Prognose Energieerzeugung (10-20 a) Integrierte Designtools Integrierte Betriebsführung Marktreife Serienproduktion Pilotprojekte Vorserie Forschung&Entwicklung Demonstration Grundlagenforschung Ausblick

30 Wartung von Off-shore Windanlagen

31 Zukunftsmarkt Regenerative Kraftwerke Off-shore Wind - Entwicklungsbedarfe Wartung kritisch für Betriebskosten Vor-Ort Wartung minimieren Ausfallzeiten minimieren Wartung planbar machen - Schönwetterperiode Frühwarnsystem: Wartung in spätestens 3 Wochen! Ferndiagnose: Welches Ersatzteil brauche ich? Automatisierungsbedarfe Expertensysteme Sensorik für: Metallabrieb in Öl und Rotation / Vibration Sicherheitsfragen für Vor-Ort Wartung??

32 Zukunftsmärkte Wasser und Abwasser AT-Bedarfe Marktrelevanz niedrig Robuste und sichere Analytik Integrale Abflusssteuerung Zustands-, Leckageerkennung Minimalinvasive Reparatur Energie aus Abwasser Bedarfsgerechte Reinigung Messung von Leitparametern Geruchsmessungen Spurenanalytik Bedeutung mittel hoch

33 Zukunftsmärkte Trinkwassergewinnung aus Abwasser NEWater -Mikrofiltration -Umkehrosmose -UV Aqua 2000 (San Diego) Factory 21 Madrid Windhoek Namibia NEWater Singapur

34 Zukunftsmärkte und Automatisierungsbedarfe Trinkwassergewinnung aus Abwasser Kapazitäten Quelle: SAM 2007 Weltweit installierte Kapazität (Mio.m 3 Wasser/Tag)

35 Zukunftsmärkte Trinkwassergewinnung aus Abwasser Zukunftstrends Steigender Wasserbedarf -Weltbevölkerungswachstum -Landwirtschaft -Industrialisierung -Urbanisierung Wasserverknappung Klimawandel Wasseraufbereitung zur Mehrfachnutzung Technologien -Membranverfahren -Sinkende Verfahrenkosten Automatisierungsbedarfe Effizienz und Betriebssicherheit Belastungsabhängige Regelung Geregelte Zusetzung von Härtebildern und Kohlenstoff Einfache Wartung Bedienerfreundlichkeit Verbesserung von Analytik und Monitoring Identifikation unbekannter Stoffe Verbesserte Erkennung von Mikroorganismen Frühe Erkennung von Pathogenen Schnelles Monitoring Technologien Intelligente Regelsysteme Visualisierung von Zustandsdaten Verbesserte Messtechnik Online-Monitoring Online Tests zur Toxizität

36 Schlüsseltechnologien Sensorik und Messtechnik Software und Modellierung Management- und Leitebene Größter Entwicklungsbedarf: Neue Sensoren zur Charakterisierung der Eingangsstoffe/Effizienzsteigerung bei der Biomassenutzung Generelle Anforderungen: Kleiner, leichter, billiger und hohe Robustheitsanforderungen gegenüber agressiven Medien Neue Messbedarfe für Condition Monitoring (Metallabrieb in Öl von Windkraftanlagen) Langfristig: Sensoren für das Handling von Wasserstoff im Verkehr Perspektivisch: Monitoring von CO2-Pipelines und lagerstätten Steuerungs und Managementsysteme für verteilte Erzeuger (virtuelles Kraftwerk mit Schnittstellen für Handelsplattformen Erzeugungsprognosen für Elektrizität aus wetterabhängigen Quellen (Wind und Sonne) Expertensysteme für Condition Monitoring zur Wartung dezentraler Anlagen (besonders für Offshore Wind) Größere Datenmengen schnellere Decentralised Control Systeme Aktive Steuerung der Stromnetze (schnell reagierende Leistungselektronik, Bidrektionalität des Stromflusses, intelligente Stromzähler)

37 Perspektiven für die Automationstechnik Business Case: Infrastrukturtechnologien sind ein Wachstumsmarkt, insbesondere in BRICS-Staaten und bieten neue Geschäftsfelder und Erlösquellen Treiber: Megatrends, Konjunkturpakete, Green New Deal, abhängig von politischen und gesetzlichen Entwicklungen Paradigmenwechsel: Vom Abfallentsorgungs- zum Ressourcenmanagementsystem, Zentrale versus dezentrale Versorgungssysteme Systemlösungen: Smart Grids, Integrierte Kanalnetzbewirtschaftung, Kopplung von Abwasser-, Energie- und Abfalllösungen, Angepasste Paketlösungen für den internationalen Markt Windows of opportunity: Neue Akteure, Strategische Allianzen, Zukunftsmärkte, AT: Enabler für innovative Lösungen

38 Integriertes Roadmapping: Nutzen für die Industrie Frühzeitiges Erkennen zukünftiger Aufgabenstellungen für bestimmte Industrien / Branchen Ableitung daraus : Potentiell notwendige Ergänzung des jeweiligen Produkt-Portfolios für diese zukünftigen Aufgaben in den Zielmärkte Erarbeitung der dafür erforderlichen Technologien Rechtzeitige Einigung auf (weltweite) Standards bei strategischen Herausforderungen (national und international) Verbesserte Planungssicherheit aufgrund langfristiger Prognosen

39 Kontakt Dr. Gerd-Ulrich Spohr Siemens AG I IA ST TI Nürnberg Gleiwitzerstr. 555 Bezug der Roadmaps: ZVEI Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.v. Bezug der Roadmap über:

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